學生常常會對於水實際上是個不良的導體感到驚訝。那么，為什麼要在水附近小心使用電子產品呢？這是因為水可以溶解離子化合物，形成帶電荷的個別離子——電解質。測量溶液的導電度可以告訴我們其離子含量及其導電性，研究這種現象可以幫助學生更深入了解物質的結構、性質和化學反應。Go Direct^® 導電度計，擁有0到20,000 μS/cm的廣範圍和延長感應器壽命的交流電，是一個加深學生對許多基本化學概念理解的絕佳工具，從離子鍵結到化學滴定。以下是三個實驗來幫助你開始。

實驗一：電解質與離子化

溶液的性質：電解質與非電解質

Vernier 化學實驗手冊 第13實驗

許多學生，尤其是運動員，可能聽過“電解質”這個詞，但他們可能不了解其化學意義。電解質是能夠在某種程度上電離的鹽類和分子。通過探究電解質，學生可以更深入理解離子化合物、離子化合物在水中的解離方式以及離子在導電中所扮演的角色。

在這個實驗中，學生使用 Go Direct^® 導電度計觀察各種物質在水溶液中的性質，探索強電解質、弱電解質和非電解質的特性。當溶液中有離子存在時，這些離子會在探針的電極間形成一個電路，產生以每公分微西門子 (μS/cm) 為單位的導電度讀數，學生可以利用這些數據來分類不同的物質。

作為入門課程，這個實驗可以著重於離子化合物和分子化合物。對於更進階的課程，學生還可以研究分子酸。

三種不同溶液（CaCl₂、AlCl₃ 和 NaCl）的導電度數值會被收集並顯示在 Vernier Graphical Analysis^® Pro 中。注意：長條圖和分類數據是 Pro 版本的功能。

當學生使用 Go Direct^® 導電度計測試每種溶液的導電度時，即時數據會被繪製並顯示在 Vernier Graphical Analysis 中。所記錄的導電度數值反映了溶液的離子濃度：強電解質顯示高導電度，弱電解質顯示低導電度，非電解質則顯示無導電度。在收集每種溶液的數據後，學生可以推斷這些溶液是否含有離子化合物或分子化合物，並將其分類為強電解質或弱電解質。

這個實驗不僅幫助學生觀察這些區別，還讓他們理解影響溶液導電度的不同因素。

操作提示

當感應器連接時，Graphical Analysis 會預設為“時間基礎”數據收集模式。更改為“事件基礎”模式在時間數據無關的實驗中會更有用。在這個模式下，你可以選擇“輸入的事件”，這會提示你手動輸入每個事件值，或是“選擇事件”，這會自動將行號作為事件值。

在基本版的 Graphical Analysis 中，“選擇事件”是這個實驗中最有效的模式；只需確保你的學生追蹤樣本編號與其對應的化合物。如果你有 Graphical Analysis Pro，選擇“輸入的事件”模式，並直接在表格中輸入化合物的名稱。

 

實驗二：濃度與莫耳濃度

溶液的導電度：濃度的影響

Vernier 化學實驗手冊 第14實驗

當學生更了解不同化合物如何影響溶液的導電度後，探討溶液中離子濃度如何影響其導電能力便成為一個自然的過渡。這個探究幫助學生了解莫耳濃度的概念及溶質濃度與溶液性質之間的關係。

在這個實驗中，學生研究增加離子化合物濃度對導電度的影響。首先可以從一個特定的化合物開始，例如氯化鈉（NaCl）。當它溶解在水中時，會根據以下方程式釋放離子：

NaCl(s) → Na+(aq) + Cl–(aq)

使用導電度計，學生在逐漸加入濃縮的 NaCl 以增加溶液濃度的過程中測量導電度。

在 Graphical Analysis 中，收集並繪製氯化鈉（NaCl）的導電度數據，顯示濃度相對於體積（滴數）的變化。

同樣的程序可用於探討增加具有相同濃度（1.0 M）但其化學式中具有不同離子數量的溶液的影響，例如氯化鋁（AlCl₃）和氯化鈣（CaCl₂）。

在 Graphical Analysis 中，收集並繪製三種離子化合物（NaCl、AlCl₃ 和 CaCl₂）的導電度數據，顯示濃度相對於體積（滴數）的變化。

請學生分析圖表曲線，描述隨著溶液濃度增加，導電度如何變化。為什麼它們的斜率不同？這個探究是一種簡單易行的方式，讓學生了解莫耳濃度的重要性及其與導電度之間的關係。

操作提示

如果你使用 Graphical Analysis 的專業版，你可以使用完整的實驗樣本庫，包括這個實驗！所有 Graphical Analysis 的樣本實驗都可以按學科或實驗手冊進行排序，並包含演示實驗的影片以及相應的數據。這是一個很好的方式，可以讓你開始學習一些你在實驗室中沒有設備或機會進行的主題，或者幫助學生補習落後的功課。

 

實驗三：化學反應與變化

利用導電度計尋找當量點

Vernier 化學實驗手冊 第26實驗

通過在化學反應前後測量導電度，學生可以觀察反應如何改變溶液的離子組成。這展示了反應物、生成物以及化學反應中物質守恆的概念，以及離子、沉澱物和水對導電度的影響。

在這個實驗中，學生監測硫酸（H₂SO₄）和氫氧化鋇（Ba(OH)₂）之間的反應過程中的導電度，以確定當量點。利用他們的發現，他們可以計算出 Ba(OH)₂ 溶液的濃度。在滴定前加入指示劑有助於學生在導電度達到最小值時視覺上來識別當量點。

學生分析圖表以辨識導電度達到最小值的時刻，即反應的當量點。

在開始實驗之前，引導學生預測在反應的不同階段溶液的導電度會發生什麼變化。他們是否預期在以下情況下導電度讀數會高還是低，以及逐漸增加還是減少？

1. 在加入 H₂SO₄ 之前的 Ba(OH)₂ 溶液

2. 慢慢加入 H₂SO₄ 產生 Ba(OH)₂ 和 H₂O 的過程中

3. 加入的 H₂SO₄ 摩爾數等於最初存在的 BaSO₄ 時

4. 超過當量點後加入過量的 H₂SO₄

5. 完成滴定後，與學生討論他們的數據與預測的比較，並讓他們解釋任何差異背後的理由。

操作提示

這個實驗可以使用滴定管或滴定計進行。使用滴定管時，體積必須手動讀取並輸入到 Graphical Analysis 中。使用 Go Direct 滴數感應器時，體積數據會自動記錄在 Graphical Analysis 中。

為了獲得最佳結果，建議在使用滴數感應器之前進行校正。請注意，這種校正不會儲存到感應器中，因為它取決於使用的試劑庫。然而，為了節省未來實驗的時間，請記錄試劑庫已校正的滴液大小。然後，在再次使用試劑庫時，學生只需在校正對話框中輸入每毫升的滴數值，避免需要重新校正。

這三個使用 Go Direct^® 導電度計進行的探究，為學生提供了引人入勝的實驗學習體驗，幫助他們理解離子鍵結和導電性的關鍵概念。

 

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